Конструктивные схемы многоступенчатых ракет
Конструктивно - компоновочные схемы составных ракет могут иметь последовательное, параллельное и комбинированное соединение ступеней (рисунок 2). Схема с последовательным соединением ступеней (рисунок 2а) предполагает соосное расположение ступеней одна за другой. Ее иногда называют схемой с «поперечным делением» или схемой «тандем». Конструктивную схему с параллельным соединением ступеней иногда называют «пакетной», продольные оси ступеней параллельны или наклонены одна над другой на небольшой угол. Ракеты такой схемы можно создавать, соединяя в связку необходимое количество корпусов одноступенчатых ракет. При этом в качестве ступеней ракеты могут использоваться как твердотопливные, так и ракеты с ЖРД
Ракеты пакетной схемы могут выполняться с автономными блоками или же с гидравлической связью (по топливу) между двигателями соседних блоков. На старте запускаются двигатели либо только боковых блоков, либо всех блоков. После выгорания топлива боковых блоков последние отделяются, а центральный блок продолжает полет.
При прочих равных условиях ракеты с последовательным соединением ступеней имеют следующие преимущество: за счет меньшего диаметра более просто решается вопрос размещения ракет в шахтных пусковых установках и меньше лобовое сопротивление при разгоне ракеты в плотных слоях атмосферы: простота узлов сочленения; сравнительно небольшие возмущения при разделении ступеней; более простое пусковое устройство.
Недостатками ракет с последовательным соединением ступеней являются: - большая длина ракет (особенно тяжелых РН), что усложняет подготовку их к пуску и обслуживание на стартовой позиции; при запуске используются только двигатели первой ступени, из-за чего они должны быть достаточно мощными и, следовательно, тяжелыми; необходимость проектирования и отработки каждой ступени в отдельности, вследствие чего увеличивается стоимость ракеты. При пакетной схеме возможно использование готовых (штатных) блоков; необходимость запуска двигателей второй и последующих ступеней в полете при низких атмосферных давлениях, что повышает вероятность отказа в запуске и, следовательно, понижает надежность «тандема»; чувствительность конструкции такой схемы к поперечным перегрузкам из-за невысокой жесткости.
Ракеты комбинированной схемы сочетают пакетное и последовательное соединение ступеней. Например, первая и вторая ступени соединены в пакет, а третья соединяется со второй последовательно (рисунок 2). Они имеют достоинства и недостатки обеих рассмотренных выше схем.
На рисунок 3 в качестве примера показана конструктивная схема трехступенчатой РН «Европа-1», выполненной с последовательным расположением ступеней. На рисунке 4 показана схема трехступенчатой РН «Титан-ЗС», выполненная с комбинированным расположением ступеней. Центральный блок представляет собой трехступенчатую ракету, на которую навешиваются стартовые РДТТ, которые включаются одновременно, сразу после включения ЖРД первой ступени.
Рисунок 3 – Конструктивная схема трехступенчатой ракеты
«Европа -1»
1 – ускоритель первой ступени; 2 – плоскость разделения первой и второй ступеней; 3 – ускоритель второй ступени; 4 – плоскость разделения второй и третьей ступеней; 5 – ускоритель третьей ступени; 6 – плоскость разделения третьей ступени и спутника; 7 – плоскость разделения третьей ступени и обтекателя спутника; 8 – обтекатель спутника; 9 – спутник; 10 – бак горючего в топливном отсеке третьей ступени; 11 – бак окислителя в топливном отсеке третьей ступени; 12 – рулевые двигатели (2 шт.); 13 – маршевый (основной) ЖРД третьей ступени; 14 – бак окислителя ЖРД второй ступени; 15 – бак горючего ЖРД второй ступени; 16 – ЖРД второй ступени (4 шт.); 17 – отсек оборудования первой ступени; 18 – бак окислителя ЖРД первой ступени; 19 – бак горючего ЖРД первой ступени; 20 – хвостовой отсек; 21 – ЖРД первой ступени;
Рисунок 4 – Конструктивная схема ракеты-носителя «Титан -3С»
1 – вспомогательные РДТТ для разделения ступеней; 2 –ускоритель первой ступени с ЖРД; 3 – головной обтекатель стартового ускорителя; 4 –ускоритель третьей ступни с ЖРД; 5 – отсек системы ориентации; 6 – блок управления; 7 – головной обтекатель; 8 - ускоритель второй ступени с ЖРД; 9- стартовые РДТТ.